在大跨径钢结构桥梁中，由于构件受力大，采用厚钢板的情形越来越多，此外构件与构件间的连接接头以及重要节点的节点板也由于其传力大，越来越趋于采用厚钢板，因而桥梁结构中的连接焊缝复杂，焊接完成后在焊缝区域和热影响区产生的焊接残余应力问题越来越突出。结构构件在制造过程中留下的残余应力是产生变形和开裂等工艺缺陷的主要原因，将直接影响到焊接构件的疲劳强度、结构的刚度和稳定承载力［46，47］。因此，在钢结构桥梁的构件制作和现场安装过程中，残余应力的大小、性质及分布情况是设计者、制造者和使用者共同关心的问题，准确测定出构件的残余应力显得十分重要。及时对焊接完成后的焊缝进行应力检测，了解焊接残余应力的大小及分布规律，一方面可为后续的消除残余应力技术方案提供可靠的科学数据；另一方面，对消除残余应力工艺后的焊缝进行应力检测，可掌握焊缝应力重分布情况，明确处理后的效果，对提高焊缝的疲劳强度、保证构件的制作质量、满足结构的受力安全有着重要的意义。

在钢结构桥梁的焊缝中，测试残余应力的目的是了解焊接残余应力的大小、分布状况，为后续将开展的减小和消除残余应力工艺及技术方案提供依据，并且在减小和消除残余应力工艺处理后，再次进行测试，以了解焊接残余应力重新分布的情况，评定工艺处理的效果，确认是否满足结构受力要求。

重庆江津观音岩长江大桥为大跨径钢结构斜拉桥，其主桥跨径组合为35．5m＋186m＋436m＋186m＋35．5m，主桥长879m。斜拉索在钢梁上的锚固采用了锚拉板结构形式（图2－6）。锚拉板焊接于主梁上翼缘顶板，锚管嵌于锚拉板上部的中间，两侧用焊缝与锚拉板连接，中部除开孔安装锚具外，尚需连接上下两部分。为了补偿开孔部分对锚拉板截面的削弱，以及增强其横向的刚度，在板的两侧焊接了加强板，并和主梁上翼缘板连接，各板件厚度情况见表2－1，钢材采用Q370qE。这种锚固方式有传力途径明确，构造简单，工地施工作业方便等特点。

图2－6 锚拉板与主梁连接件

表2－1 试件主要板件厚度

为研究此类构件接头区域焊接残余应力的大小及分布情况，专门制作了3个足尺比例试验构件，通过对这3个试件的钢锚拉板与工字梁连接区域焊缝残余应力测试，以及超声波冲击后焊接残余应力变化情况的试验研究，以确定焊后残余应力的大小及分布规律，并明确超声波冲击方法对焊接残余应力消除的作用及效果。

众所周知，焊接应力是一种无荷载作用下的内应力，因此会在焊件内部自相平衡，在焊缝及热影响区产生拉应力，而在距焊缝稍远区段的母材内产生与之相平衡的残余压应力。焊缝的拉应力对焊缝的疲劳将产生非常不利的影响，这也是本书研究的对象，而残余压应力对焊缝没有不利的影响，此次测试以焊缝的残余拉应力为主要对象。测试采用了磁测法。3个试件编号分别为CJ1，CJ2和CJ3。

3个研究试件中共设43个焊接应力测试点，其中A焊缝为锚拉板与钢主梁上翼缘的连接焊缝，相应在构件上的测点编号为A1，A2，…，A10。B焊缝为锚拉板与其加强板之间的连接焊缝，相应的测点编号为B1，B2，…，B7。焊后应力测试结果分别如表2－2和表2－3所示。

表2－2 A焊缝测点应力

(www.daowen.com)

表2－3 B焊缝测点应力

表2－2和表2－3分别为各构件A焊缝和B焊缝的焊后测点应力，其中，σx为垂直焊缝方向应力；σy为平行焊缝方向应力；σ1与σ2为主应力。从焊接残余应力测试结果中可以看出，横向应力σx与主应力σ2、纵向应力σy与主应力σ1在大多数测点上较为接近，若只考虑平面应力，则纵向应力、横向应力的方向就近似为主应力的方向。图2－7和图2－8分别为A、B焊缝的纵向残余应力分布情况。

从图2－7中可以看出，各试件的A焊缝在端部处的残余应力值较小，之后便大幅增加，在距离焊缝端部400～450mm后的焊接应力值波动较小，基本稳定在较高的应力水平上，形成了一个高残余应力平台段。如试件CJ1的A3～A10段、CJ2的A4～A7段及CJ3的A3～A6段。3个试件的平台段纵向焊接残余应力平均值分别为338MPa，349MPa，347MPa，均达到了Q370qE钢材屈服强度的90%以上。平台段的长度是随着焊缝的长度同步增长的，而残余应力上升段根据不同的板厚在达到一定数值后将不再继续增长。因此，A焊缝除去两端部小部分的焊接应力较小段和上升段外，大部分区段的纵向残余应力都处于屈服强度的90%左右的水平，这将对焊接接头性能与构件的疲劳强度产生较大的不利影响。

图2－7 A焊缝纵向残余应力分布

B焊缝的纵向残余应力分布与焊缝有同样的规律，但焊接残余应力水平较A焊缝有明显的降低。这是因为连接B焊缝的两块钢板较A焊缝的薄。3个试件的焊缝的残余应力升高段距焊缝端部250～300mm，在距端部300mm后形成高残余应力平台段，比A焊缝平台段纵向残余应力平均降低了18%，如图2－8所示。

图2－8 B焊缝纵向残余应力分布

除了焊缝的分布特点外，节点的局部构造情况对焊缝应力也有明显的影响。在试件主梁上翼缘与锚拉板局部连接处，是截面突变的地方，也是内力变化最大的地方，最容易产生应力集中，由于设计在构造上比较周全的考虑，锚拉板截面在这里做了曲线形的平滑过渡，大大地降低了应力集中的影响。图2－7中的3个试件A1点的平均应力为168MPa，是前述3个试件平台段平均应力的48．7%，说明锚拉板在这里的局部构造非常重要，曲线形的平滑过渡对降低焊接残余应力起到很重要的作用。